基于ArcGIS Engine的生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用的時態(tài)可視化

景軍

摘要：針對時態(tài)數(shù)據(jù)的可視化問題，基于ArcGIS Engine平臺，使用C#腳本語言，設(shè)計并實現(xiàn)時態(tài)數(shù)據(jù)根據(jù)歷史時間軸依次在ArcGIS地圖上動態(tài)可視化。動態(tài)地將歷史土地利用數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)在地圖中，直觀呈現(xiàn)和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。

關(guān)鍵詞：ArcGIS Engine；C#語言；時態(tài)圖層

隨著時間的推移，生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用（以下簡稱為“土地利用”）的類型發(fā)生著復(fù)雜多變的時空過程信息，不同地類之間進(jìn)行著交錯變化。時空數(shù)據(jù)是對地理時空過程的時間、空間和屬性的描述，能夠反映地球表層空間地理對象隨時間變化而變化的時空過程信息。使用靜態(tài)數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)出生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用數(shù)據(jù)的時空性質(zhì)，需要研究蘊含在多維時空數(shù)據(jù)集中，并合理有效地對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行時空動態(tài)可視化。對土地利用數(shù)據(jù)的整理是數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)，利用ArcGIS Engine二次開發(fā)，建立一種面向地理時空過程表達(dá)的動態(tài)可視化技術(shù)和方法，通過時間軸動畫、多時態(tài)對比、實體回溯等動態(tài)可視化表達(dá)方法對土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化回放，動態(tài)地將歷史土地利用數(shù)據(jù)直觀地展現(xiàn)在地圖中，來直觀呈現(xiàn)和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。

1動態(tài)可視化表達(dá)的目標(biāo)

時態(tài)數(shù)據(jù)是時間數(shù)據(jù)在狀態(tài)上的表現(xiàn)，能夠多維動態(tài)地展示數(shù)據(jù)。在生態(tài)系統(tǒng)格局中土地利用領(lǐng)域，可以用來表現(xiàn)土地類型隨時間的屬性變化，從而對土地利用類型變化狀況進(jìn)行分析；土地類型間相互轉(zhuǎn)化的狀況，如草地轉(zhuǎn)換為農(nóng)田、農(nóng)田轉(zhuǎn)換為建設(shè)用地等，都能夠在地圖上直觀地呈現(xiàn)出來。

土地利用的地理時空過程可以解釋為土地類型的屬性隨著時間推移產(chǎn)生的連續(xù)變化過程。與傳統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)對比，土地利用的時空數(shù)據(jù)增加了時間維度，在其語義、結(jié)構(gòu)、操作、存儲上都更為復(fù)雜。土地利用的地理時空過程動態(tài)可視化主要是展示土地利用與土地覆被數(shù)據(jù)隨時間變化而變化的動態(tài)過程[1]。

2時態(tài)數(shù)據(jù)

土地利用的時態(tài)數(shù)據(jù)需要通過ArcGIS的空間疊加分析工具進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理[2]。屬性中需含存儲時間信息的字段，字段的類型沒有要求一定是日期時間型，也可以為文本型或者數(shù)字型。在設(shè)置時間字段時需要對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集進(jìn)行規(guī)范化，剔除非法數(shù)據(jù)、字符等。一般有以行格式存儲時態(tài)數(shù)據(jù)、在日期字段中存儲時間值、包含時間值的索引字段、使用標(biāo)準(zhǔn)時間等約束性的規(guī)則[3]。

所用到的數(shù)據(jù)通過ArcGIS工具箱中的字段轉(zhuǎn)置工具對相應(yīng)歷史年份數(shù)據(jù)設(shè)置為時間字段（“time”）。數(shù)據(jù)表如表1所示。

3土地利用數(shù)據(jù)可視化設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 ArcGIS Engine

ArcGIS Engine是開發(fā)人員用于建立自定義應(yīng)用程序的嵌入式GIS組件的完整類庫。針對不同的功能，ArcGIS提供了相應(yīng)的組件類庫，實現(xiàn)功能的核心是對時態(tài)數(shù)據(jù)圖層的設(shè)置和調(diào)用。ArcGIS Engine提供了相應(yīng)的開發(fā)接口供用戶根據(jù)實際要求開發(fā)相應(yīng)的時態(tài)數(shù)據(jù)回放功能[4]。

3.2 設(shè)計實現(xiàn)

實現(xiàn)對毀傷數(shù)據(jù)的可視化這一功能，本質(zhì)過程是將毀傷數(shù)據(jù)導(dǎo)入生成時態(tài)數(shù)據(jù)圖層，之后再使用ArcGIS Engine編程調(diào)用。因此工作主要分為兩個方面的階段。

3.2.1 制作地圖文檔

（1）根據(jù)行政區(qū)與土地利用數(shù)據(jù)制作地圖文檔（.mxd）。

（2）通過土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，將歷史數(shù)據(jù)作為時態(tài)數(shù)據(jù)圖層制作至地圖文檔中。

3.2.2 編程實現(xiàn)

（1）加載地圖文檔

（2）設(shè)置歷史時態(tài)數(shù)據(jù)層的屬性，包括歷史時間、步長、時區(qū)等

（3）動態(tài)顯示數(shù)據(jù)開發(fā)

通過使用Tracking Analyst開發(fā)，設(shè)置Tracking環(huán)境、添加FeatureClass，創(chuàng)建Tracking圖層，設(shè)置Renderer和其他ITemporalLayer屬性、隨時間變化更新軌跡和修改TemporalPerspective屬性（時間值）來控制當(dāng)前播放的位置等過程實現(xiàn)[5]。

采用下列接口實現(xiàn)時態(tài)數(shù)據(jù)的回放瀏覽功能，如表2所示：

土地利用時態(tài)數(shù)據(jù)就會依據(jù)歷史時間軸的順序依次在地圖上動態(tài)呈現(xiàn)?？梢?，基于ArcGIS Engine的土地利用數(shù)據(jù)可視化能夠方便、直觀地回放展現(xiàn)出土地類型歷史變化狀況，如圖1、圖2所示。

4結(jié)語

針對目前烏魯木齊市土地利用數(shù)據(jù)的時態(tài)可視化問題，介紹了時態(tài)數(shù)據(jù)的概念及相關(guān)術(shù)語、ArcGIS Engine的開發(fā)框架與開發(fā)接口。使用基于ArcGIS Engine+C#腳本語言，編程實現(xiàn)了對土地利用數(shù)據(jù)的時態(tài)數(shù)據(jù)可視化，使一幅幅靜態(tài)圖像變革為鮮活的動態(tài)可視化表現(xiàn)方式，為烏魯木齊市生態(tài)系統(tǒng)格局中的土地利用數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)和感知地理時空過程信息，生動揭示過程變遷和演化的規(guī)律以及趨勢，延伸多維時空數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度和廣度。同時，也為生態(tài)系統(tǒng)格局分析工作提供了技術(shù)支持。

[參考文獻(xiàn)]

[1]吳建華.基于ArcGIS Engine的GIS軟件開發(fā)方法.測繪通報，2010，（11）：54-57.

[2]王亮，趙榮，李玉祥，范榮雙.空間信息服務(wù)時態(tài)數(shù)據(jù)的管理與應(yīng)用.測繪通報，2010， （11） ： 54-57.

[3]吳信才，曹志月.時態(tài)GIS的基本概念、功能及其實現(xiàn)方法[J].地球科學(xué)，2002，27（3）：241- 244.

[4]牟乃夏.ArcGIS Engine 地理信息系統(tǒng)開發(fā)教程.測繪出版社，2015.

[5]湯國安.ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程.科學(xué)出版社，2012.

基金項目：自治區(qū)公益院所基本科研基金，項目名稱：基于ArcGIS的動態(tài)顯示模型開發(fā)，項目編號：KY2017126 。